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刘查伟工学专栏:论电气设备的接地与测量

作者:江苏天源    添加时间:2014/8/18 11:41:17    浏览量:

  论文关键词:电气设备;接地;测量
  论文摘要:将电力系统和电气设备的某一部分经接地线连接到接地极上,称为接地。亦可说成电气设备的任何部分与大地(土壤)间作良好的电气连接。电力系统中接地的部分一般是中性点,也可以是相线上的某一点。电气设备的接地部分则是正常情况下不带电的金属导体,一般为金属外壳。

  电气设备接地装置由接地体和接地线组成。与土壤直接接触的金属体称为接地体;连接电气设备与接地体之间的导线(或导体)称为接地线。
  
  1 接地的种类和目的
  (一)安全保护接地。主要包括:为防止电力设施或电子电气设备绝缘损坏、危及人身安全而设置的保护接地;为消除生产过程中产生的静电积累,引起触电或爆炸而设的静电接地;为防止电磁感应而对设备的金属外壳、屏蔽罩或屏蔽线外皮所进行的屏蔽接地。其中保护接地应用最为广泛,它将机(外)壳接地。此种接地的目的是为了安全。
  (二)系统接地。这种接地给电路系统提供一个基准电位(参考电位),同时也可将干扰引走。此种接地目的是为了抵制外部的干扰。
  (三)防雷接地。为防止雷电过电压对人身或设备产生危害,而设置的过电压保护设备的接地,称为防雷接地,如避雷针、避雷器的接地。
  (四)重复接地。在低压配电系统的系统中,为防止因中性线故障而失去接地保护作用,造成电击危险和损坏设备,对中性线进行重复接地。系统中的重复接地点为:架空线路的终端及线路中适当点;四芯电缆的中性线;电缆或架空线路在建筑物或车间的进线处。
  (五)防静电接地。为了消除静电对人身和设备产生危害而进行的接地,如将某些液体或气体的金属输送管道或车辆的接地。
  (六)屏蔽接地。为防止电气设备因受电磁干扰,而影响其工作或对其他设备造成电磁干扰的屏蔽设备的接地。
  
  2 接地的作用
  我们往往只知道接地可防止人身遭受电击,其实接地除了这一作用外,还可以防止设备和线路遭受损坏、预防火灾、防止雷击、防止静电损害和保证电力系统的正常运行。
  (一)防止电击。人体阻抗和所处环境的状况有极大的关系,环境越潮湿,人体的阻抗越低,也越容易遭受电击。例如,自装过交流收音机的人几乎都受到过电击,但几乎都能摆脱电源,因为此时人所处的环境干燥,皮肤也较干燥。接地是防止电击的一种有效的方法。电气设备通过接地装置接地后,使电气设备的电位接近地电位。由于接地电阻的存在,电气设备对地电位总是存在的,电气设备的接地电阻越大,发生故障时,电气设备的对地电位也越大,人触及时的危险性也越大。但是,如果不设置接地装置,故障设备外壳的电压就和相线对地电压相同,比起接地电压还是高出很多的,因此危险性也相应增加。
  (二)保证电力系统的正常运行。电力系统的接地,又称工作接地,一般在变电站或变电所对中性点进行接地。工作接地的接地电阻要求很小,对大型的变电站要求有一个接地网,保证接地电阻小而且可靠。工作接地的目的是使电网的中性点与地之间的电位接近于零。

低压配电系统无法避免相线碰壳或相线断裂后碰地,如果中性点对地绝缘,就会使其他两相的对地电压升高到3倍的相电压,其结果可能把工作电压为220的电气设备烧坏。对中性点接地的系统,即使一相与地短路,另外二相仍可接近相电压,因此接于其他二相的电气设备不会损坏。此外可防止系统振荡,电气设备和线路只要按相电压考虑其绝缘水平。
  (三)防止雷击和静电的危害。雷电发生时,除了直接雷外,还会生产感应雷,感应雷又分为静电感应雷和电磁感应雷。所有防雷措施中最主要的方法是接地。
  
  3 电气设备接地技术原则
  (一)为保证人身和设备安全,各种电气设备均应根据国家标准GB14050《系统接地的形式及安全技术要求》进行保护接地。保护接地线除用以实现规定的工作接地或保护接地的要求外,不应作其他用途。
  (二)不同用途和不同电压的电气设备,除有特殊要求外,一般应使用一个总的接地体,按等电位连接要求,应将建筑物金属构件、金属管道(输送易燃易爆物的金属管道除外)与总接地体相连接。
  (三)人工总接地体不宜设在建筑物内,总接地体的接地电阻应满足各种接地中最小的接地电阻要求。
  (四)有特殊要求的接地,如弱电系统、计算机系统及中压系统,为中性点直接接地或经小电阻接地时,应按有关专项规定执行。


  4 电气设备接地方法
  (一)安全保护接地
  1、保护接零。三相四线制供电系统中的中性线,即为保护接零线,它是电路环路的重要组成部分。在中性点直接接地的三相四线制电网中,电子电气设备应保护接零。将电子电气设备正常运行时不带电的金属外壳与电网的零线连接起来,当一相发生漏电或碰壳时,由于金属外壳与零线相连,形成单相短路,电流很大,使电路保护装置迅速动作,切断电源。在采用接零保护时,电源中线不允许断开,如果中线断开,将会失去保护作用。通常系统中采用零线重复接地的方法实现保护作用。
  2、保护接地。为防止触电事故而装设的接地,称之为保护接地。保护接地仅适用于中性点不接地的电网。凡在这个电网中的电气设备的金属外壳、支架及相连的金属部分均应接地。中性点接地的电路系统不宜采用保护接地。
  (二)系统接地
  系统接地线既是各电路中的静态、动态电流通道,又是各级电路通过共同的接地阻抗而相互耦合的途径,从而形成电路间相互干扰的薄弱环节。所以,电子电气仪器设备中的一切抗干扰技术,都和接地有关。正确的接地是抵制噪声和防止干扰的主要途径,它不仅能保证电子电气设备正常、稳定和可靠地工作,而且能提高电路的工作精度。电子电气仪器设备中的系统接地是否要接大地和如何接大地,与系统的工作稳定性有着密切的关系,通常有4种方式。
  1、浮地方式。浮地就是不接大地,是一种悬浮的方式,其目的是将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线隔离开来,从而抑制来自接地线的干扰。这种接地方式的缺点是设备不与大地直接相连,容易出现静电积累现象,这样积累起来的电荷达到一定程度后,在设备和大地之间会产生具有强大放电电流的静电击穿现象,这是一种破坏性很强的干扰源。为此,在采用浮地方式时,应在设备与大地之间接一个阻值很大的泄放电阻,以消除静电积累的影响。
  2、单点接地方式。由于2点接地易形成接地环路,所以一点接地的功能是消除和防止形成接地环路。单点接地有串联和并联2种方式。单点接地是为许多接在一起的电路系统提供共同参考点。电流流过接地导线时,导线中或多或少有阻抗。串联接地电路电流I1,I2,,,,IN都经过阻抗Z1,Z1是电路1,2……N共有的共同阻抗,因此,电路1,2……N的电位受I1,I2……IN共同影响,它们之间互相牵制。而并联接地方式没有公共阻抗,电路1,2……N互不干扰,所以并联接地最为简单实用。一点接地方式适合工作频率低于1MHz以下的低频电路。
  3、多点接地方式。对于高频电路(信号频率为10MHz以上),由于各元器件的引线和电路本身布局的电感都将增加接地线的阻抗,一点接地方式已不再适用。为了降低接地线阻抗及减少地线间的杂散电感和分布电容所造成的电路间的相互耦合,应短距离把各元器件接地端子接在此地面上。
  4、混合接地。电路系统既有低频电路,又有高频电路或数字电路时,在系统中应采用混合接地方式。电路系统中的低频部分采用单点接地,而高频部分则需要多点接地,这样的接地方式既包含了单点接地的特性,又包含了多点接地的特性,从而达到最佳抑制干扰的目的。
  
  参考文献
  [1] 周怡,浅谈电气设备的接地及其测量,安徽电力,2005,(02).
  [2] 苏晓华,闻映红,电子设备的接地技术,安全与电磁兼容,2004,(01).